基於Visual C++的Winsock API研究

為了方便網路編程，90年代初，由Microsoft聯合了其他幾家公司共同制定了一套 WINDOWS下的網路編程介面，即Windows Sockets規範，它不是一種網路協議,而是一套開放的、支持多種協議的Windows下的網路編程介面。現在的Winsock已經基本上實現了與協議無關，你可以使用Winsock來調用多種協議的功能，但較常使用的是TCP/IP協議。Socket實際在計算機中提供了一個通信埠，可以通過這個埠與任何一個具有Socket介面的計算機通信。應用程序在網路上傳輸，接收的信息都通過這個Socket介面來實現。

微軟為VC定義了Winsock類如CAsyncSocket類和派生於 CAsyncSocket 的CSocket類，它們簡單易用，讀者朋友當然可以使用這些類來實現自己的網路程序，但是為了更好的了解Winsock API編程技術，我們這裡探討怎樣使用底層的API函數實現簡單的 Winsock 網路應用程式設計，分別說明如何在Server端和Client端操作Socket，實現基於TCP/IP的數據傳送，最後給出相關的源代碼。

在VC中進行WINSOCK的API編程開發的時候，需要在項目中使用下面三個文件，否則會出現編譯錯誤。

1．WINSOCK.H: 這是WINSOCK API的頭文件，需要包含在項目中。

2．WSOCK32.LIB: WINSOCK API連接庫文件。在使用中，一定要把它作為項目的非預設的連接庫包含到項目文件中去。

3．WINSOCK.DLL: WINSOCK的動態連接庫，位於WINDOWS的安裝目錄下。

一、伺服器端操作 socket（套接字）

1)在初始化階段調用WSAStartup()

此函數在應用程序中初始化Windows Sockets DLL ，只有此函數調用成功后，應用程序才可以再調用其他Windows Sockets DLL中的API函數。在程式中調用該函數的形式如下：WSAStartup((WORD)((1<<8|1)，（LPWSADATA） &WSAData)，其中(1<<8|1)表示我們用的是WinSocket1.1版本，WSAata用來存儲系統傳回的關於 WinSocket的資料。

2)建立Socket

初始化WinSock的動態連接庫后，需要在伺服器端建立一個監聽的Socket，為此可以調用Socket()函數用來建立這個監聽的Socket，並定義此Socket所使用的通信協議。此函數調用成功返回Socket對象，失敗則返回INVALID_SOCKET(調用WSAGetLastError()可得知原因，所有WinSocket 的函數都可以使用這個函數來獲取失敗的原因)。

SOCKET PASCAL FAR socket( int af, int type, int protocol )
參數: af:目前只提供 PF_INET(AF_INET)；
type：Socket 的類型 (SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM)；
protocol：通訊協定(如果使用者不指定則設為0)；

如果要建立的是遵從TCP/IP協議的socket，第二個參數type應為SOCK_STREAM，如為UDP（數據報）的socket，應為SOCK_DGRAM。

3)綁定埠

接下來要為伺服器端定義的這個監聽的Socket指定一個地址及埠（Port），這樣客戶端才知道待會要連接哪一個地址的哪個埠，為此我們要調用bind()函數，該函數調用成功返回0，否則返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR bind( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name,int namelen );
參 數： s：Socket對象名；
name：Socket的地址值，這個地址必須是執行這個程式所在機器的IP地址；
namelen：name的長度；

如果使用者不在意地址或埠的值，那麼可以設定地址為INADDR_ANY，及Port為0，Windows Sockets 會自動將其設定適當之地址及Port (1024 到 5000之間的值)。此後可以調用getsockname()函數來獲知其被設定的值。

4）監聽

當伺服器端的Socket對象綁定完成之後,伺服器端必須建立一個監聽的隊列來接收客戶端的連接請求。listen()函數使伺服器端的Socket 進入監聽狀態，並設定可以建立的最大連接數(目前最大值限制為 5, 最小值為1)。該函數調用成功返回0，否則返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR listen( SOCKET s, int backlog );
參 數： s：需要建立監聽的Socket；
backlog：最大連接個數；

伺服器端的Socket調用完listen（）后，如果此時客戶端調用 connect（）函數提出連接申請的話，Server 端必須再調用accept() 函數，這樣伺服器端和客戶端才算正式完成通信程序的連接動作。為了知道什麼時候客戶端提出連接要求，從而伺服器端的Socket在恰當的時候調用 accept()函數完成連接的建立，我們就要使用WSAAsyncSelect（）函數，讓系統主動來通知我們有客戶端提出連接請求了。該函數調用成功返回0，否則返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR WSAAsyncSelect( SOCKET s, HWND hWnd,unsigned int wMsg, long lEvent );
參數： s：Socket 對象；
hWnd ：接收消息的窗口句柄；
wMsg：傳給窗口的消息；

lEvent：被註冊的網路事件，也即是應用程序向窗口發送消息的網路事件，該值為下列值FD_READ、FD_WRITE、FD_OOB、FD_ACCEPT、FD_CONNECT、FD_CLOSE的組合，各個值的具體含意為 FD_READ：希望在套接字S收到數據時收到消息；FD_WRITE：希望在套接字S上可以發送數據時收到消息；FD_ACCEPT：希望在套接字S上收到連接請求時收到消息；FD_CONNECT：希望在套接字S上連接成功時收到消息；FD_CLOSE：希望在套接字S上連接關閉時收到消息； FD_OOB：希望在套接字S上收到帶外數據時收到消息。

具體應用時，wMsg應是在應用程序中定義的消息名稱，而消息結構中的lParam則為以上各種網路事件名稱。所以，可以在窗口處理自定義消息函數中使用以下結構來響應Socket的不同事件：　　

switch(lParam)　
　 {case FD_READ:
　　　 …　　
　 break;
case FD_WRITE、
　　　 …
　 break;
　　　 …
}

5）伺服器端接受客戶端的連接請求

當Client提出連接請求時，Server 端hwnd視窗會收到Winsock Stack送來我們自定義的一個消息，這時，我們可以分析lParam，然後調用相關的函數來處理此事件。為了使伺服器端接受客戶端的連接請求，就要使用 accept() 函數，該函數新建一Socket與客戶端的Socket相通，原先監聽之Socket繼續進入監聽狀態，等待他人的連接要求。該函數調用成功返回一個新產生的Socket對象，否則返回INVALID_SOCKET。

SOCKET PASCAL FAR accept( SCOKET s, struct sockaddr FAR *addr,int FAR *addrlen );
參數：s：Socket的識別碼；
addr：存放來連接的客戶端的地址；
addrlen：addr的長度

6）結束 socket 連接

結束伺服器和客戶端的通信連接是很簡單的，這一過程可以由伺服器或客戶機的任一端啟動，只要調用closesocket()就可以了，而要關閉Server端監聽狀態的socket，同樣也是利用此函數。另外，與程序啟動時調用 WSAStartup()憨數相對應，程式結束前，需要調用 WSACleanup() 來通知Winsock Stack釋放Socket所佔用的資源。這兩個函數都是調用成功返回0，否則返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR closesocket( SOCKET s );
參 數：s：Socket 的識別碼；
int PASCAL FAR WSACleanup( void );
參 數： 無

二、客戶端Socket的操作

1）建立客戶端的Socket

客戶端應用程序首先也是調用WSAStartup() 函數來與Winsock的動態連接庫建立關係，然後同樣調用socket() 來建立一個TCP或UDP socket（相同協定的 sockets 才能相通，TCP 對 TCP，UDP 對 UDP）。與伺服器端的socket 不同的是，客戶端的socket 可以調用 bind() 函數，由自己來指定IP地址及port號碼；但是也可以不調用 bind()，而由 Winsock來自動設定IP地址及port號碼。

2）提出連接申請

客戶端的Socket使用connect()函數來提出與伺服器端的Socket建立連接的申請，函數調用成功返回0，否則返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR connect( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name, int namelen );
參 數：s：Socket 的識別碼；
name：Socket想要連接的對方地址；
namelen：name的長度

三、數據的傳送

雖然基於TCP/IP連接協議（流套接字）的服務是設計客戶機/伺服器應用程序時的主流標準，但有些服務也是可以通過無連接協議（數據報套接字）提供的。先介紹一下TCP socket 與UDP socket 在傳送數據時的特性：Stream (TCP) Socket 提供雙向、可靠、有次序、不重複的資料傳送。Datagram (UDP) Socket 雖然提供雙向的通信，但沒有可靠、有次序、不重複的保證，所以UDP傳送數據可能會收到無次序、重複的資料，甚至資料在傳輸過程中出現遺漏。由於UDP Socket 在傳送資料時，並不保證資料能完整地送達對方，所以絕大多數應用程序都是採用TCP處理Socket，以保證資料的正確性。一般情況下TCP Socket 的數據發送和接收是調用send() 及recv() 這兩個函數來達成，而 UDP Socket則是用sendto() 及recvfrom() 這兩個函數，這兩個函數調用成功發揮發送或接收的資料的長度，否則返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR send( SOCKET s, const char FAR *buf,int len, int flags );
參數：s：Socket 的識別碼
buf：存放要傳送的資料的暫存區
len buf：的長度
flags：此函數被調用的方式

對於Datagram Socket而言，若是 datagram 的大小超過限制，則將不會送出任何資料，並會傳回錯誤值。對Stream Socket 言，Blocking 模式下，若是傳送系統內的儲存空間不夠存放這些要傳送的資料，send()將會被block住，直到資料送完為止；如果該Socket被設定為 Non-Blocking 模式，那麼將視目前的output buffer空間有多少，就送出多少資料，並不會被 block 住。flags 的值可設為 0 或 MSG_DONTROUTE及 MSG_OOB 的組合。

int PASCAL FAR recv( SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags );
參數：s：Socket 的識別碼
buf：存放接收到的資料的暫存區
len buf：的長度
flags：此函數被調用的方式

對Stream Socket 言，我們可以接收到目前input buffer內有效的資料，但其數量不超過len的大小。

四、自定義的CMySocket類的實現代碼：

根據上面的知識，我自定義了一個簡單的CMySocket類，下面是我定義的該類的部分實現代碼：

//////////////////////////////////////
CMySocket::CMySocket() : file://類的構造函數
{
　WSADATA wsaD;
　memset( m_LastError, 0, ERR_MAXLENGTH );
　// m_LastError是類內字元串變數,初始化用來存放最後錯誤說明的字元串；
　// 初始化類內sockaddr_in結構變數，前者存放客戶端地址，後者對應於伺服器端地址;
　memset( &m_sockaddr, 0, sizeof( m_sockaddr ) );
　memset( &m_rsockaddr, 0, sizeof( m_rsockaddr ) );
　int result = WSAStartup((WORD)((1<<8|1)， &wsaD);//初始化WinSocket動態連接庫;
　if( result != 0 ) // 初始化失敗；
　{ set_LastError( "WSAStartup failed!", WSAGetLastError() );
　　return;
　}
}

//////////////////////////////
CMySocket::~CMySocket() { WSACleanup(); }//類的析構函數；
////////////////////////////////////////////////////
int CMySocket::Create( void )
　{// m_hSocket是類內Socket對象，創建一個基於TCP/IP的Socket變數，並將值賦給該變數；
　　if ( (m_hSocket = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP )) == INVALID_SOCKET )
　　{
　　　set_LastError( "socket() failed", WSAGetLastError() );
　　　return ERR_WSAERROR;
　　}
　　return ERR_SUCCESS;
　}
///////////////////////////////////////////////
int CMySocket::Close( void )//關閉Socket對象；
{
　if ( closesocket( m_hSocket ) == SOCKET_ERROR )
　{
　　set_LastError( "closesocket() failed", WSAGetLastError() );
　　return ERR_WSAERROR;
　}
　file://重置sockaddr_in 結構變數；
　memset( &m_sockaddr, 0, sizeof( sockaddr_in ) );
　memset( &m_rsockaddr, 0, sizeof( sockaddr_in ) );
　return ERR_SUCCESS;
}
/////////////////////////////////////////
int CMySocket::Connect( char* strRemote, unsigned int iPort )//定義連接函數；
{
　if( strlen( strRemote ) == 0 || iPort == 0 )
　　return ERR_BADPARAM;
　hostent *hostEnt = NULL;
　long lIPAddress = 0;
　hostEnt = gethostbyname( strRemote );//根據計算機名得到該計算機的相關內容；
　if( hostEnt != NULL )
　{
　　lIPAddress = ((in_addr*)hostEnt->h_addr)->s_addr;
　　m_sockaddr.sin_addr.s_addr = lIPAddress;
　}
　else
　{
　　m_sockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr( strRemote );
　}
　m_sockaddr.sin_family = AF_INET;
　m_sockaddr.sin_port = htons( iPort );
　if( connect( m_hSocket, (SOCKADDR*)&m_sockaddr, sizeof( m_sockaddr ) ) == SOCKET_ERROR )
　{
　　set_LastError( "connect() failed", WSAGetLastError() );
　　return ERR_WSAERROR;
　}
　return ERR_SUCCESS;
}
///////////////////////////////////////////////////////
int CMySocket::Bind( char* strIP, unsigned int iPort )//綁定函數；
{
　if( strlen( strIP ) == 0 || iPort == 0 )
　　return ERR_BADPARAM;
　memset( &m_sockaddr,0, sizeof( m_sockaddr ) );
　m_sockaddr.sin_family = AF_INET;
　m_sockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr( strIP );
　m_sockaddr.sin_port = htons( iPort );
　if ( bind( m_hSocket, (SOCKADDR*)&m_sockaddr, sizeof( m_sockaddr ) ) == SOCKET_ERROR )
　{
　　set_LastError( "bind() failed", WSAGetLastError() );
　　return ERR_WSAERROR;
　}
　return ERR_SUCCESS;
}
//////////////////////////////////////////
int CMySocket::Accept( SOCKET s )//建立連接函數，S為監聽Socket對象名；
{
　int Len = sizeof( m_rsockaddr );
　memset( &m_rsockaddr, 0, sizeof( m_rsockaddr ) );
　if( ( m_hSocket = accept( s, (SOCKADDR*)&m_rsockaddr, &Len ) ) == INVALID_SOCKET )
　{
　　set_LastError( "accept() failed", WSAGetLastError() );
　　return ERR_WSAERROR;
　}
　return ERR_SUCCESS;
}
/////////////////////////////////////////////////////
int CMySocket::asyncSelect( HWND hWnd, unsigned int wMsg, long lEvent )
file://事件選擇函數；
{
　if( !IsWindow( hWnd ) || wMsg == 0 || lEvent == 0 )
　　return ERR_BADPARAM;
　if( WSAAsyncSelect( m_hSocket, hWnd, wMsg, lEvent ) == SOCKET_ERROR )
　{
　　set_LastError( "WSAAsyncSelect() failed", WSAGetLastError() );
　　return ERR_WSAERROR;
　}
　return ERR_SUCCESS;
}
////////////////////////////////////////////////////
int CMySocket::Listen( int iQueuedConnections )//監聽函數；
{
　if( iQueuedConnections == 0 )
　　return ERR_BADPARAM;
　if( listen( m_hSocket, iQueuedConnections ) == SOCKET_ERROR )
　{
　　set_LastError( "listen() failed", WSAGetLastError() );
　　return ERR_WSAERROR;
　}
　return ERR_SUCCESS;
}
////////////////////////////////////////////////////
int CMySocket::Send( char* strData, int iLen )//數據發送函數；
{
　if( strData == NULL || iLen == 0 )
　　return ERR_BADPARAM;
　if( send( m_hSocket, strData, iLen, 0 ) == SOCKET_ERROR )
　{
　　set_LastError( "send() failed", WSAGetLastError() );
　　return ERR_WSAERROR;
　}
　return ERR_SUCCESS;
}
/////////////////////////////////////////////////////
int CMySocket::Receive( char* strData, int iLen )//數據接收函數；
{
　if( strData == NULL )
　　return ERR_BADPARAM;
　int len = 0;
　int ret = 0;
　ret = recv( m_hSocket, strData, iLen, 0 );
　if ( ret == SOCKET_ERROR )
　{
　　set_LastError( "recv() failed", WSAGetLastError() );
　　return ERR_WSAERROR;
　}
　return ret;
}
void CMySocket::set_LastError( char* newError, int errNum )
file://WinSock API操作錯誤字元串設置函數；
{
　memset( m_LastError, 0, ERR_MAXLENGTH );
　memcpy( m_LastError, newError, strlen( newError ) );
　m_LastError[strlen(newError)+1] = '\0';
}

有了上述類的定義，就可以在網路程序的伺服器和客戶端分別定義CMySocket對象，建立連接，傳送數據了。例如，為了在伺服器和客戶端發送數據，需要在伺服器端定義兩個CMySocket對象ServerSocket1和 ServerSocket2，分別用於監聽和連接，客戶端定義一個CMySocket對象ClientSocket，用於發送或接收數據，如果建立的連接數大於一，可以在伺服器端再定義CMySocket對象，但要注意連接數不要大於五。

由於Socket API函數還有許多，如獲取遠端伺服器、本地客戶機的IP地址、主機名等等，讀者可以再此基礎上對CMySocket補充完善，實現更多的功能。

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